Отечественный авиаконструктор, академик АН СССР (1968), генерал-полковник инженерно-технической службы (1967), трижды Герой Социалистического Труда (1941, 1957, 1974). В Советской Армии с 1919г., сначала авиамеханик, затем военком, а с 1921г. – начальник авиаремонтного поезда.

Окончил Военно-воздушную академию имени профессора Н.Е.Жуковского (1926; ныне ВВИА). За время обучения в академии построил три планёра. Последний из них  – «Москва» на состязаниях в Германии получил первый приз за продолжительность полёта. После окончания академии руководитель секции научно-технического комитета ВВС. Затем работал на  аэродроме ВВС. С 1931г. – начальник ЦКБ ЦАГИ. В 1933г. возглавил ЦКБ при московском заводе им. В Р.Менжинского, впоследствии ставшее КБ Ильюшина, деятельность которого была связана с развитием штурмовой, бомбардировочной, пассажирской и транспортной авиации. С 1935г. С.В.Ильюшин – главный конструктор, в 1956–1970гг. – генеральный конструктор.

Создал свою школу в самолётостроении. Под его руководством созданы строившиеся серийно штурмовики Ил-2, Ил-10, бомбардировщики Ил-4, Ил-28, пассажирские самолёты Ил-12, Ил-14, Ил-18, Ил-62, а также ряд опытных и экспериментальных самолётов. Штурмовики Ильюшина во время Великой Отечественной войны составили основу советской штурмовой авиации как нового рода авиации, тесно взаимодействующего с наземными войсками. Ил-2 – один из массовых самолётов военного периода. При его создании Ильюшину удалось решить многие научно-технические проблемы, в том числе использовать броню в качестве силовой конструкции самолёта, разработать технологию изготовления броневого корпуса с большой кривизной обводов и др. Ильюшин большое внимание уделял экономическим вопросам строительства самолётов. Например, реактивный фронтовой бомбардировщик Ил-28 по трудоёмкости постройки приближался к истребителям. При его создании удалось хорошо увязать лётно-технические характеристики с пилотажными, средства поражения и средства защиты с общим весовым балансом самолёта. Рациональные, прогрессивные методы проектирования Ильюшин использовал и при создании пассажирских самолётов. Ил-18 – первый советский пассажирский самолёт, который нашёл широкий спрос на мировом авиационном рынке. В Ил-62 Ильюшин применил принципиально новую схему шасси, которая используется в ряде ведущих промышленных стран мира.

С.В.Ильюшину присуждена Золотая авиационная медаль ФАИ. Депутат ВС СССР в 1937–1970гг. Удостоен Ленинской премии (1960), Государственной премии СССР (1941, 1942, 1943, 1946, 1947, 1950, 1952, 1971). Награждён 8 орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, 2 орденами Красного Знамени, орденами Суворова 1-й и 2-й степени, Трудового Красного Знамени, 2 орденами Красной Звезды, медалями. Бронзовые бюсты С.В.Ильюшину установлены в Москве и Вологде. Его имя носит Московский машиностроительный завод.